一、    實驗目的
1） 研究電磁波的邊界條件實驗；
2） 研究電磁波傳播路經(jīng)上遇到不同物質的透射現(xiàn)象；
3） 通過試驗加深對電磁波傳播特性的理解；
二、    實驗項目
1）垂直極化波垂直入射到水平縫隙導體平面的透射波；
2）垂直極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；
3）左旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；
4）右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；
5）垂直極化波垂直入射到超材料平面的透射波；
三、實驗原理
 
一、實驗概述
電磁場電磁波與天線綜合實驗系統(tǒng)能滿足能滿足通信工程、電子工程、微波工程等專業(yè)開設《電磁場》、《天線技術》等課程教學、實訓、示教需要，也可用于微波電磁場技術類課程的課題設計和畢業(yè)設計及基于ADS軟件的創(chuàng)新設計。
電磁場電磁波與天線綜合實驗系統(tǒng)通過學生制作感應器的方式，使學生能夠切實感知和親身體驗電磁波的發(fā)射、傳播、接收等完整的過程，具有與教學大綱結合緊密，實驗內容緊扣教學重點、難點，知識點覆蓋面寬，能夠透徹地了解法拉第電磁感應定律、電磁波傳播特性、電偶極子、天線基本結構及其特征等重要知識點，深刻理解電磁感應定律的原理和作用，深刻理解電偶極子和電磁波輻射的原理，掌握電磁波測量技術原理和方法，幫助學習人員建立電磁波的形象思維方式，加深和加強學習人員對電磁波產(chǎn)生、發(fā)射、傳輸、接收過程吸納各個特征的認識，培養(yǎng)學習人員對電磁波分析和電磁波應用的創(chuàng)新能力。
電磁場電磁波與天線綜合實驗系統(tǒng)通過增大射頻信號發(fā)射功率，在不需專用儀表的情況下能感知電磁場存在、定性研究天線的極化方向、天線增益、天線頻響等性能；
電磁場電磁波與天線綜合實驗系統(tǒng)設有波長測量、功率檢波、電磁場極化等若干簡單又富有論證性的實驗。將實驗儀器的功率發(fā)射端加載到三種極化天線端口。將天線采集到的感生電流接入LED燈。把檢波天線放置在固定的位置以后，可以看到LED燈的明暗與極化方式有著對應的關系。將發(fā)射天線的功率輸入天線，通過調整檢波天線的位置或者檢波天線的角度方向，觀察發(fā)光燈的明暗變化。這樣就可以直觀的感受到電磁波的分布參數(shù)、極化等豐富的概念。在整個實驗過程中，通過極其簡單的幾個操作，就可以將所學的抽象的知識，通過具象化的實驗來驗證清楚，進一步提高了教學的效率。增加了學生對實驗的印象，提高了學生動手能力，深刻的將公式與現(xiàn)象結合起來，為以后的工作和學習提供了切實有效的經(jīng)驗。提升學生對電磁場與波的學習興趣，實現(xiàn)探究性學習，創(chuàng)造性學習。
用麥克斯韋方程的工程應用技術，采用特制的無源發(fā)光電磁波感應器，使抽象的“電磁波”看得見、摸得著，電波傳播眼見為實，幫助學生建立空間形象；有效化解感念抽象于形象，化物理現(xiàn)象模糊于具體，改變實驗呆板、實驗內容單調。使知識認知可視化、知識應用自主化能建立趣味化的實驗教學體系性設計。建立創(chuàng)新實驗教學互動平臺，拓展類實驗有助于老師和學生圍繞知識能力發(fā)揮和運用，形成富有特色的新成果。




當電力線是垂直與寬邊的直線，磁力線是在水平面的閉合曲線。電力線可以由正電荷發(fā)出而終止于負電荷,也可以是閉合曲線，磁力線必須是閉合曲線，電力線與理想導體表面垂直，磁力線與理想導體表面平行，磁力線必須與電力線相鉸鏈，磁力線與電力線相正交，橫截面內的電力線與磁力線與波的傳播方向構成右手系，電力線或磁力線都是橫截面內的平面曲線或直線。在縫隙導體平面的內壁上,必須滿足電場切向分量和磁場法向分量等與0的邊界條件。
垂直極化波垂直入射到水平縫隙導體平面的透射波；由于滿足邊界條件可以點亮LED燈。垂直極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；電磁波被截止不滿足邊界條件LED不燈。

圖1垂直極化波垂直入射到垂直縫隙柵格平面

圖3垂直極化波垂直入射到水平縫隙柵格平面

圖4垂直極化波垂直入射到水平縫隙柵格平面

圖5電磁波的邊界條件實驗垂直極化波垂直入射到水平縫隙柵格平面

電磁波入射到兩種不同媒質的分界面
良導體被認為是理想導體，理想導體內部電場為零，導體的任何電荷只分布在表面，在媒質2中媒質1邊界，，媒質2邊界處參考單位法線方向應由媒質2指向外的法線方向。面電荷為正，電場強度垂直于導體表面且指向外，分界面上，磁場強度和分界面相切，大小等于面電流密度，。發(fā)射電場為垂直極化，垂直于導體表面，滿足邊界條件，導體板水平放置電場結構不變，LED燈量度不變。

圖6 垂直極化電磁波導體板水平放置電場結構不變
三、    實驗步驟
1）用SMA連接電纜RF與極化天線口，將電磁波信號輸送到極化天線上。
2）將八木天線安裝到旋轉支架上，將其垂直放置，移動到距離發(fā)射天線80～90cm處。移動反射板，如圖所示，將接收八木天線安裝到支架上對準來波方向，注意與反射電場極化匹配。
3）將垂直縫隙柵格平面金屬板放入收發(fā)天線中間，觀察LED燈是否被點亮。按下發(fā)射開關，此時電磁波發(fā)射出來，觀察LED燈是否被點亮，因為不滿足邊界條件LED燈不亮。
4)將水平水平縫隙柵格平面放入收發(fā)天線中間，觀察LED燈是否被點亮。
5)觀察LED燈是否被點亮，因為滿足邊界條件LED燈亮。
6)發(fā)射天線垂直極化放置，將導體板水平放置在收發(fā)天線中間如圖6所示，電場垂直與平板。由于沒有改變原來的電磁場結構，觀察LED燈點亮。
7)發(fā)射為圓極化波垂直入射到柵格平面觀察LED燈是否被點亮。
8)發(fā)射天線垂直極化放置，將導體板垂直放置在收發(fā)天線中間如，電場垂直與平板平行。由于改變原來的電磁場結構，在導體平板激勵起表面電流，LED燈不亮。
五、注意事項
1.按下按鈕時，若沒有功率輸出，應立即停止發(fā)射，檢查射頻電纜頭與儀器的接頭是否連接牢固，檢查射頻電纜小頭的SMA頭與天線的輸入端口是否牢固連接；用微安表測量時輸出接10dB衰減器防止微安表打表。防止空載工作燒壞微波放大器。
2.盡量減少按下按鈕的時間，以免影響其它小組的測試準確性。
3.測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結果。